i

ANALISIS PENGARUH TOOLPATH PADA PEMBUATAN

KACAMATA KAYU DENGAN MESIN CNC MILLING ROUTER 3

AXIS

Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata I Pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

oleh:

SOFYAN KURNIAWAN

D200110050

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

1

ANALISIS PENGARUH TOOLPATH PADA PEMBUATAN KACAMATA

KAYU DENGAN MESIN CNC MILLING ROUTER 3 AXIS

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuui pengaruh variasi toolpath pada

pembuatan kacamata kayuhasil pemesinan CNC milling router 3 axis pada

material kayu,terhadap kekasaran permukaan yang dihaasilkan dalam satuan (Ra)

mana hasilnya yang baik. Penelitian ini menggunakan bahan kayu mahoni dan

menggunakan mesin CNC milling router 3 axis dengan kontrol mach 3,proses

pemesinan dilakukan dengan variasi toolpath, dan pengujian kekasaran

permukaan menggunakan alat uji kekasaran (Roughness Tester Tipe TR200

dengan standar ISO). Hasil penelitian menunjukan ketika arah pahat searah

dengan serat kayu dan lintasan pahat lebih panjang dalam proses pemesinan CNC

router 3 axis pada spesimen kayu menghasilkan angka kekasaran yang

rendah,sebaliknya ketika arah pahat melawan serat kayu dan lintasan pahat

pendek menghasilkan nilai kekasaran yang tinggi, tingkat kekasaran permukaan

pada proses pemesinan CNC Milling Router 3 Axis dengan material kayu

menghasilkan tingkat kekasaran antara N8 sampai dengan N9.

Kata Kunci :Toolpath, Kayu, CNC milling Router 3 Axis, Kekasaran.

ABSTRACT

The objective of this research is to know the effect of toolpath variation on the

manufacture of sunglasses for machining of CNC milling router 3 axis on wood

material, to the surface roughness produced in unit (Ra) where the result is good.

This research uses mahogany wood and using CNC machine milling 3 axis router

with mach 3 control, machining process done with toolpath variation, and surface

roughness testing using Roughness Tester Type TR200 with ISO standard.The

results showed that the direction of the chisel in the direction of wood fiber and

the longer chisel path in the machining process of the 3 axis CNC router on the

wooden specimen yielded a low roughness number, whereas the direction of the

tool against wood fibers and short chisel trajectories yielded high roughness

values, the surface of the machining process of CNC Milling Router 3 Axis with

wood material produces roughness levels between N8 and N9.

Keyword : Toolpath,Wood, CNC Milling Router 3 Axi, Roughnes

1 PENDAHULUAN

Seiring berkembangnya usaha mikro kecil menengah (UMKM)

kususnya pengrajin batik kayu yang berada di daerah klaten, dalam

produksinya masih menemui beberapa kendala, membutuhkan waktu yang

cukup lama untuk membuat suatu kerajinan secara manual, sedangkan

permintaan pasa r semakin tinggi baik itu pasar dalam negeri maupun

2

pasar luar negeri. Untuk membuat sebuah kacamata membutuhkan waktu

hingga satu hari, selain waktu yang lama hasil dan proses kerajinan secara

manual tidak bisa seragam ukurannya. Untuk mengoptimalkan proses

produksi kita dapat mengunakan mesin milling cnc router 3 axis.

Dalam proses pemesinan secara manual maupun CNC ( Computer

Numerical Control), output yang diharapkan adalah mampu melakukan

proses pemesinan secara cepat dan skala yang besar dan spesifikasi

geometri yang diharapkan. Namun pada hasil dan proses pemesinan sering

terjadi kekasaran pada permukaan benda yang dikerjakan sangatlah

berbeda. Kekasaran permukaan adalah satu penyimpangan yang

disebabkan oleh kondisi pemotongan dari proses pemesinan. Oleh karena

itu untuk memperoleh produk yang bermutu berupa tingkat kepresisian

yang tinggi seta kekasaran permukaan yang baik, perlu didukung oleh

proses pemesina yang tepat. Karakteristik permukaan dipengaruhi oleh

beberapa parameter pemotongan diantaranya yaitu kecepatan spindel

(spindle speed), kedalaman pemotongan (deep of cut),alur pahat

(toolpath), dan material benda kerjanya.

Karena mempunyai kelebihan dari desain manual/konvensional alat

yang digunakan aadalah Mesin CNC Milling Router 3 Axis. Mesin CNC

Milling Router 3 Axis merupakan mesin perkakas yang digunakan untuk

melakukan pemotongan benda kerja dengan pahat yang berputar pada

sumbunya, permukaan yang dipotong baik berbentuk datar, sudut atau

melengkung.

1.1. Tujuan Penelitian

1) Membandingkan kekasaran dan kehalusan objek yang di buat dengan

kecepatan putar dan variasi aliur pahat pada mesin CNC router.

2) Untuk mengetahui nilai kekasaran rata – rata (Ra) terbaik dari variasi

alur pahat (Toolpath).

3

3) Ada tidaknya pengaruh variasi alur pahat terhadap tingkat kekasaran

permukaan benda kerja hasil pemesinan mesin CNC Milling Router 3

Axis.

1.2. Batasan Masalah

Agar pembahasannya tidak terlalu meluas dan menyimpang dari

permasalaha, maka lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut :

1. Kadar air kayu yang digunakan dianggap sama, dengan kondisi kering

udara.

2. Proses pemesinan mengunakan CNC Milling router 3 axis dengan

sistem control mach 3.

3. Suhu ruangan pada proses pemesinan dianggap selalu konstan (25⁰C)

4. Arus output pada Mesin CNC router Milling 3 axis dianggap sesuai

dengan parameter yang di input operator.

5. Analisis hanya dilakukan pada parameter pemesinan yang

diaplikasikan.

6. Proses pengukuran dilakukan hanya pada kekasaran permukaan.

Analisa kekasaran permukaan dilakukan pada kekasaran rata-rata

(Ra).

7. Material spesimen adalah kayu mahoni dengan tebal 30mm,pemilihan

bahan didasarkan karena bahan umum digunakan dan dapat dibeli di

pasaran.

8. Parameter pemesinan terdiri atas : kecepatan putar spindle (n) 10000

rpm, step down 1 mm,step over 0,6 mm.

9. Alur pahat (toolpath) menggunankan Spiral In Box, 3D Offset, dan

Raster.

4

2. METODE PENELITIAN

2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:

1) Satu set komputer.

2) Mesin Milling CNC Router 3 Axis.

3) Digital tachometer.

4) Kunci pas.

5) Jangka sorong.

6) Dial indikator.

7) Pahat Ball Nose

8) Surface Roughness Tester type TR200

2.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu,pemilihan

material ini dikarenakan bila dibandingkan dengan material struktur lain,

material kayu mempunyai berat jenis yang ringan dengan proses

pengerjaannya dapat dilakukan yang sederhana dan ringan.

5

2.3. Diagram Alir Penelitian

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi Lapangan Dan Tinjauan Pustaka

Persiapan Alat dan Bahan

Desain spesimen,tool alat uji

Proses pengerjaan dengan mesin CNC

Milling Router 3 axis

Alur pahat 3D offset

Alur pahat Raster Alur pahat spiral in box

Kedalaman pemakanan 1 mm

Step over 0,6 mm / sec

kecepatan Spindel (1000 Rpm)

Pengambilan data

Uji kekasaran permukaan

Analisa dan pembahasan

Selesai

6

3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

3.1. Hasil Pemesinan

Hasil proses pemesinan menggunakan toolpath Spiral In Box,3D

Offset dan Raster.

Gambar 1 produk hasil proses pemesinan

Berdasarkan hasil pemesinan pada proses pembuatan kacamata kayu

menggunakan mesin CNC Milling Router 3 Axis menggunakan toolpath 3D

offset,Spiral In Box, dan Raster didapatkan hasil yag berbeda kekasarannya.

7

3.2. Uji Kekasaran

Pengujian kekasaran permukaan (Surface Roughness Test)

dilakukan dengan menggunakan alat Surface Roughness Tester type TR200

milik jurusan teknik mesin di Lab. CATIA Teknik Mesin UMS. Alat ini

kompatibel dengan empat standar dunia yaitu ISO,DIN,ANSI, dan JIS.

Dalam dunia industri, permukaan benda kerja memiliki nilai

kekasaran permukaan yang berbeda, sesuai dengan kebutuhan dari alat

tersebut. Nilai kekasaran permukaan berbeda, sesuai dengan kebutuhan dari

alat tersebut. Nilai kekasaran permukaan memiliki kualitas (N) yang berbeda.

Nilai kualitas kekasaran permukaan telah diklarifikasikan oleh ISO dimana

yang paling kecil adalah N1 yang memiliki nilai kekasaran 0,025 µm.

Pengukuran kekasaran permukaan diperoleh dari sensor pergerakan stylus

berbentukdiamond yang bergerak sepanjang garis lurus pada permukaan

sebagai alat indicator pengukur kekasaran permukaan benda uji.

Angka kekasaran dapat dilihat pada tabel berikut :

nilai

kekasaran

Harga Ra

(µm)

Toleransi

(µm)

Panjang Sampel

(mm)

N12 50 37,5 - 75 8

N11 25 18,5 - 37,5

N10 12,5 9,6 - 18,5 2,5

N9 6,3 4,8 - 9,6

N8 3,2 2,4 - 4,8

0,8 N7 1,6 1,2 - 2,4

N6 0,8 0,6 - 1,2

N5 0,4 0,3 - 0,6

N4 0,2 0,15 -0,3

N3 0,1 0,08 - 0,15 0,25

N2 0,05 0,04 - 0,08

N1 0,025 0,02 - 0,04 0,08

(Sumber :Arif, 2012 : 62)

8

3.2.1. Data hasil pengujian kekasaran Spiral In Box

Tabel 1. Hasil pengukuran kekasaran toolpath Spiral In Box

Spesimen

step

over

(mm)

step down

(mm)

kecepatan

spindel (rpm) alur pahat

hasil

kekasaran

(µm)

A1 2.390

A2 0.6 1 10000 Spiral In

Box 2.136

A3 2.320

Pada proses pemesinan menggunakan toolpath spiral in box

menghasilkan kekasaran pada spesimen A1 sebesar 2.390 µm, A2

sebesar 2.136 µm, A3 sebesar 2.320 µm. Sedangkan rata – rata

kekasaran (Ra) didapatkan hasil sebesar 2.282 µm. Pengaruh proses

pemesinan terhadap kekasaran ermukaan menggunaka toolpath spiral

in box dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Grafik kekasaran permukaan hasil pemesinan

menggunakan toolpath spiral in box, pada masing – masing

spesimen.

9

3.2.2. Data hasil pengujian kekasaran 3D Offset

Tabel 2. Hasil pengukuran kekasaran toolpath 3D Offset

Spesimen

step

over

(mm)

step down

(mm)

kecepatan

spindel

(rpm)

alur pahat

hasil

kekasaran

(µm)

B1 1.904

B2 0.6 1 10000 3D Offset 1.512

B3 2.955

Pada proses pemesinan menggunakan toolpath 3D Offset menghasilkan

kekasaran pada spesimen B1 sebesar 1.904 µm, B2 sebesar 1.512 µm,

B3 sebesar 2.955 µm. Sedangkan rata –rata kekasaran (Ra) didapatkan

hasil sebesar 2.124 µm. Pengaruh proses pemesinan terhadap kekasaran

permukaan menggunakan toolpath 3D Offset dapat dilihat pada gambar

3.

00

Gambar 3. Grafik kekasaran permukaan hasil pemesinan menggunakan

toolpath 3D Offset, pada masing –masing spesimen.

10

3.2.3. Data hasil pengujian kekasaran toolpath Raster

Tabel 3. Hasil pengukuran kekasaran toolpath Raster

Spesimen

step

over

(mm)

step down

(mm)

kecepatan

spindel (rpm) alur pahat

hasil

kekasaran

(µm)

C1 2.586

C2 0.6 1 10000 Raster 2.820

C3 2.125

Pada proses pemesinan menggunakan toolpath raster menghasilkan

kekasaran pada spesimen C1 sebesar 2.586 µm, C2 sebesar 2.820 µm,

dan C3 sebesar 2.125 µm. Sedangkan rata – rata kekasaran (Ra)

didapatkan hasil sebesar 2.511 µm. Pengaruh proses pemesinan

terhadap kekasaran permukaan menggunakan toolpath raster dapat

dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Grafik kekasaran permukaan hasil pemesinan menggunakan

toolpath raster, pada masing – masing spesimen.

11

3.2.4. Pengaruh alur pahat ( Toolpath ) terhadap rata – rata

kekasaran (Ra) permukaan menggunakan toolpath Spiral in Box, 3D

Offset, dan Raster.

Berdasarkan pengujian kekasaran permukaan rata – rata paa benda

kerja hasil pemesinan Mesin CNC router Milling 3 Axis, menggunakan

toolpath yang berbeda melalui uji kekasaran permukaan ( Surface

Roughness Tester ) didapatkan hasil Spiral In Box sebesar 2.282 µm,

3D Offset sebesar 2.124 µm, dan Raster sebsar 2.511 µm. Gambar 5

menunjukan bahwa nilai kekasaran permukaan terbaik didapatkan pada

toolpath 3D Offset dengan nilai kekasaran rata – rata 2.124 µm.

Gambar 5. Grafik pengaruh toolpath terhadap kekasaran rata – rata

permukaan menggunakan toopath Spiral In Box, 3D Offset, dan Raster.

12

4. PENUTUP

4.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa pengujian serta pembahasan data yang

diperoleh, dapat disimpulkan :

1) Variasi toolpath memiliki pengaruh terhadap tingkat kekasaran

permukaan. Ketika arah pahat searah dengan serat kayu dalam proses

pemesinan CNC Milling router 3 axis pada sepesimen kayu

menghasilkan angka kekasarannya yang rendah, sebaliknya ketika

arah pahat melawan serat kayu maka akan menghasilkan angka

kekasaran yang tinggi.

2) Dari hasil pengujian dapat diketahui nilai kekasaran rata – rata (Ra)

terbaik dari variasi toolpath, didapatkan pada spesimen ke 2 dengan

menggunakan toolpath 3d Offset dengan nilai kekasaran rata – rata

2.124 µm.

3) Berdasarkan hasil pengukuran waktu rata – rata pada proses

pembuatan kacamata kayu menggunakan mesin CNC milling router 3

axis menggunakan toolpath yang berbeda, waktu tercepat didapat pada

toolpath Raster dengan waktu 7800 detik.

4.2. Saran

Dari keseluruhan proses penelitian ini penulis mempunyai saran yang

perlu diperhatikan, diantaranya :

1) Pada proses penelitian ini penggunaan material, sebaiknya di

perhatikan ukurannya sehingga dapat menghemat biaya.

2) Pada proses penelitian ini ketajaman pahat perlu diperhatikan karena

sangat berpengaruh terhadap kekasaran hasil proses pemesinan.

13

3) Sebelum melakukan proses penelitian sebaiknya mesin yang akan

digunankan dikalibrasi terlebih dahulu agar hasil yang dihasilkan

mendekati sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

Arif Budi Hermawan, Danar Susilo Wijayanto.(2012). dan Herman

Saputro."Pengaruh Kecepatan Pemakanan Dan Kadar Air Terhadap

Kekasaran Permukaan Pada Proses Milling Cnc 3 Axis Dengan Material

Kayu Jati", Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan Pendidikan

Teknik Kejuruan, FKIP, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Surakarta

Kurniawan, Anzizan. (2013). "Kajian Gaya Pemotongan Dan Kekasaran

Permukaan Pada Proses Pembubutan Berbagai Material Menggunakan Pahat

HSS". Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Surakarta

Pranjono,dkk.,2013, "Pengukuran Kekasaran Permukaan Tutup Kelongsong Dari

Zirkaloi Menggunakan Alat Roughness Tester Surtronic-25" , Bidang Bahan

Bakar Nuklir, Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN)- Batan, Serpong.

Retyawan, O. N. (2015). "Pengaruh Jenis Proses Pemotongan Pada Mesin Milling

Terhadap Getaran Dan Kekasaran Permukaan Dengan Material Aluminium

6061".Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Surakarta

Wijayanto, Dwi. (2016). "Pengaruh Tool Path Dan Feed Rate Pada Proses Mesin

CNC Milling Router 3 Axis Dengan Material Acrylic", Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Yudhyadi, I. G. N. K., Rachmanto, T., Ramadan, A. D. (2016)" Optimasi

Parameter Pemesinan Terhadap Waktu Proses Pada Pemrograma CNC

14

Milling Dengan Berbasis CAD / CAM ",Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Teknik, Universitas Mataram, NTB. 38–50.

Zulhendri,Gandjar Kiswanto,Yazmendra Rosa, (2007). "Pengaruh tipe pahat dan

arah pemakanan permukaan berkontur padapemesinan milling awal dan akhir

terhadap kekasaran permukaan". Jurnal Teknik Mesin, Vol.4, No.1. juni

2007

http://download.portalgaruda.org/article.php%3Farticle%3D57850%26val%

3D4375&ved=0ahUKEwj6sMvthrPRAhXBto8KHZEUBkgQFggqMAY&us

g=AFQjCNGWfCAFrFdnxjK8K1wxpcFw6eaHsw&sig2=N4Xfi1zlLBSUl2

VBy2oMYQ , (Diakses : 20 September 2016)